電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）在國(guó)產(chǎn)化替代與新能源汽車產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動(dòng)下，國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以快速孵化。相較于燃油車，電動(dòng)汽車新增了電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的組成部分均包含了功率模塊。隨著電動(dòng)汽車電子模塊的增多，MOSFET用量將會(huì)持續(xù)提升。

受益于新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不少國(guó)內(nèi)領(lǐng)先MOSFET廠商開(kāi)始進(jìn)入車規(guī)級(jí)市場(chǎng)，并建立起了較為完整的產(chǎn)品體系，如基本半導(dǎo)體、瀚薪科技、華潤(rùn)微等。

基本半導(dǎo)體

車規(guī)級(jí)MOSFET朝碳化硅發(fā)展似乎已成為了行業(yè)內(nèi)的共識(shí)，碳化硅具有耐高溫、耐高壓、高頻、高功率密度等特性，既能有效緩解汽車內(nèi)部空間的壓力，還能大幅提升汽車的整體性能。基于碳化硅的優(yōu)勢(shì)，基本半導(dǎo)體將車規(guī)級(jí)碳化硅功率器件列為了公司產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

圖源：基本半導(dǎo)體

2021年11月，在基本半導(dǎo)體的新品發(fā)布會(huì)上，接連發(fā)布三大系列的車規(guī)級(jí)碳化硅MOSFET模塊。其中包括Pcore?6系列的全碳化硅三相全橋MOSFET模塊，Pcore?2系列的全碳化硅半橋MOSFET模塊，以及Pcell?全碳化硅塑封單面散熱半橋MOSFET模塊。

據(jù)介紹，這三個(gè)系列的碳化硅MOSFET模塊主要是為新能源汽車主逆變器應(yīng)用需求而推出的，在生產(chǎn)工藝方面均采用的是基本半導(dǎo)體最新的銀燒結(jié)技術(shù)，銀燒結(jié)技術(shù)是以銀作為媒介將芯片連接起來(lái)，該技術(shù)目前在碳化硅模塊封裝中應(yīng)用最為廣泛，與傳統(tǒng)的錫焊相比，銀的熔點(diǎn)能達(dá)到961℃，錫的熔點(diǎn)只有230攝氏度左右，當(dāng)碳化硅模塊工作溫度高于200攝氏度時(shí)，使用錫焊在連接層處會(huì)出現(xiàn)典型的疲勞效應(yīng)。由于銀具有優(yōu)異的導(dǎo)熱和導(dǎo)電特性，使用銀燒結(jié)技術(shù)不僅能夠提高了模塊的可靠性、工作結(jié)溫，還能降低熱阻和寄生電感，進(jìn)而提升整車的電能效率。

Pcore?6系列MOSFET模塊是一款緊湊型的功率模塊，共有1200V和750V兩種工作電壓等級(jí)作為選擇，額定電流實(shí)現(xiàn)了400A到700A的覆蓋，最低導(dǎo)通電阻僅有1.3mΩ。采用氮化硅AMB作為絕緣基板，模塊還集成了多信號(hào)監(jiān)控的感應(yīng)端子。具有低損耗、高電流密度、高可靠性的特點(diǎn)，有利于提升電動(dòng)車的電能轉(zhuǎn)換效率。

圖源：基本半導(dǎo)體

在產(chǎn)品性能方面，基本半導(dǎo)體已經(jīng)通過(guò)國(guó)內(nèi)頭部車企將自主研發(fā)的Pcore?6系列MOSFET模塊搭載在測(cè)試車型中，并通過(guò)了高溫、高寒、高濕等極端環(huán)境性能測(cè)試。截至目前，測(cè)試車輛已累計(jì)無(wú)故障行駛1000天，行駛里程超過(guò)了10萬(wàn)公里，進(jìn)一步驗(yàn)證了Pcore?6系列MOSFET模塊的可靠性。

首批下線產(chǎn)品Pcore?6 圖源：基本半導(dǎo)體

在產(chǎn)能方面，2021年12月，基本半導(dǎo)體的車規(guī)級(jí)碳化硅功率模塊專用產(chǎn)線正式通線，并成功下線首批Pcore?6 系列碳化硅模塊。該產(chǎn)線為盡可能地滿足碳化硅模塊的生產(chǎn)需求，配備了全銀燒結(jié)和DTS+TCB等先進(jìn)封裝工藝的專用設(shè)備，以提高產(chǎn)品的綜合性能。按計(jì)劃，該產(chǎn)線將于今年3月開(kāi)始小批量生產(chǎn)。

瀚薪科技

瀚薪科技是一家專注于第三代功率半導(dǎo)體設(shè)計(jì)與研發(fā)的企業(yè)，業(yè)務(wù)涉及新能源汽車、高鐵、航天等。據(jù)介紹，瀚薪科技目前已具備大批量生產(chǎn)車規(guī)級(jí)碳化硅MOSFET和二極管的能力，并且瀚薪科技的產(chǎn)品均已通過(guò)了車規(guī)級(jí)認(rèn)證。

目前，瀚薪科技的碳化硅MOSFET功率模塊產(chǎn)品主要分布在650V和1200V兩個(gè)電壓等級(jí)，其中1200V的產(chǎn)品最多。

圖源：瀚薪科技

上圖為一款全碳化硅的N溝道半橋式增強(qiáng)型MOSFET功率模塊P1C065HB450M01C，產(chǎn)品電壓等級(jí)為650V，額定電流為300A，在25℃的工作環(huán)境下，電流可提升至383A，導(dǎo)通電阻為5mΩ。該功率模塊內(nèi)置了具備高開(kāi)關(guān)頻率和零電流關(guān)斷的MOSFET，在一定程度上降低了模塊的開(kāi)關(guān)損耗，提高了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。采用了AlSiC作為模塊的基板，AlN作為絕緣層，以滿足在高溫環(huán)境的應(yīng)用下，模塊的可靠性。

導(dǎo)通電阻變化曲線 圖源：瀚薪科技

上圖為該模塊在20V/200A、 25℃至150℃的工作狀態(tài)下的導(dǎo)通電阻變化曲線，在工作電壓、電流不變的情況下，該模塊在25℃至150℃溫升變化測(cè)試中導(dǎo)通電阻提升了0.25mΩ，導(dǎo)通電阻變化在正常范圍內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)

高度景氣的新能源汽車產(chǎn)業(yè)推動(dòng)了車規(guī)級(jí)MOSFET的發(fā)展，本土企業(yè)也出現(xiàn)了布局車規(guī)級(jí)MOSFET的苗頭，加速了國(guó)產(chǎn)化替代的發(fā)展。同時(shí)，碳化硅的加入突破了傳統(tǒng)MOSFET的物理極限，極大限度地提高了MOSFET的耐壓等級(jí)，拓寬了MOSFET的應(yīng)用。